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Generadores
de deslizamiento variable para turbinas eólicas
Durante muchos años, los fabricantes de motores eléctricos
se han enfrentado al problema de que sus motores sólo
podían girar a velocidades
casi fijas, determinadas por el número de polos del
motor.
Tal y como vimos en la página anterior,
el deslizamiento del motor (o generador)
en una máquina asíncrona (de inducción)
suele ser muy pequeño por cuestiones de eficiencia, por
lo que la velocidad de giro variará alrededor de un uno
por ciento entre el régimen en vacío y a plena
carga.
Sin embargo, el deslizamiento es función
de la resistencia (medida en ohmios) de los devanados del rotor
del generador. A mayor resistencia, mayor deslizamiento. Por
lo que una de las formas de variar el deslizamiento es variar
la resistencia del rotor. De esta forma puede aumentarse el deslizamiento
del rotor hasta, p.ej., un 10 por ciento.
En motores, esto suele hacerse mediante un
rotor bobinado, es decir, un rotor con cables de cobre arrollados
conectados en estrella,
y conectados a resistencias variables externas, además
de un sistema de control electrónico para operar las resistencias.
La conexión suele hacerse con escobillas y anillos rozantes,
lo que supone un claro inconveniente respecto al diseño
técnico elegante y simple de una máquina de rotor
de jaula bobinada. También introduce partes que se desgastan
en el generador, por lo que requiere un mantenimiento adicional.
Opti
Slip®
Una variación interesante del generador de inducción
de deslizamiento variable evita los problemas que introducen
los anillos rozantes, las escobillas, las resistencias externas
y, a su vez, el mantenimiento.
Montando las resistencias externas en el
propio rotor, así como el sistema electrónico,
todavía le queda el problema de cómo comunicarle
al rotor la cantidad de deslizamiento que necesita. Sin embargo,
esta comunicación puede hacerse de forma muy elegante,
usando comunicaciones de fibra óptica, y enviando la señal
a través de la electrónica del rotor cada vez que
pasa por una fibra óptica fija.
Funcionamiento
a velocidad variable de una turbina de regulación por
cambio del ángulo de paso (pitch controlled")
Como se mencionó en la página anterior,
ser capaz de hacer funcionar una turbina a velocidad variable
supone muchas ventajas.
Una de las razones por las que se puede querer
hacer funcionar la turbina a velocidad variable es que el control del ángulo de paso (control
del par torsor para evitar sobrecargas en la caja multiplicadora
y en el generador, variando el ángulo de paso de las palas)
es un proceso mecánico. Lo cual significa que el tiempo
de reacción del mecanismo de cambio del ángulo
de paso viene a ser un factor crítico en el diseño
de turbinas.
Sin embargo, si se tiene un generador de
deslizamiento variable, se puede empezar a aumentar el deslizamiento
una vez se esté cerca de la potencia nominal de la turbina.
La estrategia de control aplicada en un diseño ampliamente
utilizado en turbinas danesas (de 600 kW o más) es la
de hacer funcionar el generador a la mitad de su deslizamiento
máximo cuando la turbina está funcionando cerca
de su potencia nominal. Cuando sopla una ráfaga de viento,
las señales del mecanismo de control hacen que el deslizamiento
aumente para permitir que el rotor gire un poco más rápidamente,
hasta que el mecanismo de cambio del ángulo de paso puede
hacer frente a la situación, girando las palas más
hacia afuera del viento. Una vez que el mecanismo de cambio del
paso ha hecho su trabajo, el deslizamiento disminuye de nuevo.
En el caso de que el viento caiga de repente, el mecanismo aplicado
es el inverso.
Aunque estos conceptos puedan parecer simples,
asegurar que los dos mecanismos de control cooperen de forma
eficiente es todo un reto técnico.
Mejora
de la calidad de potencia
Puede objetar que hacer funcionar un generador con
un alto deslizamiento produce más calor, lo hace que el
generador trabaje menos eficientemente. Sin embargo, esto no
constituye un problema en sí mismo, ya que la única
alternativa es gastar el exceso de energía orientando
las palas del rotor fuera del viento, al cambiar el ángulo
de paso.
Uno de los beneficios reales de utilizar
la estrategia de control que aquí se menciona es la obtención
de una mejor calidad de potencia, dado que las fluctuaciones
en la potencia de salida son absorbidas o compensadas variando
el deslizamiento del generador, y almacenando o liberando parte
de la energía en forma de energía rotacional en
el rotor de la turbina eólica. |